Intel Meteor Lake 處理器全面解析：背景、規格、效能一文看懂
Intel Meteor Lake 處理器背景和發展
提到 Meteor Lake 系列處理器，Intel 在 2021 年的 IDM 2.0 演講中首次透露該系列處理器的消息，並確認它已經完成基於最新製程技術的計算模組 (compute tile) 的設計。隨後，Intel 在各種活動中逐步揭露更多關於 Meteor Lake 處理器的資訊和細節，例如在 2022 年的 Hot Chips 會議上展示下一代路線圖，強調晶片堆疊和晶片化 (chiplet) 的未來。
Meteor Lake 處理器是繼 Raptor Lake 處理器之後新一代產品，它不僅使用了新的製程技術，也採用全新核心架構。同時，它也是 Intel 第一個完全採用晶片堆疊設計的客戶端處理器，利用最新的封裝技術 Foveros。
作為第一代 Meteor Lake 系列處理器，玩家可以期待具備以下特性：
- 三重混合 CPU 架構 (P / E / LP-E 核心)
- 全新 Redwood Cove (P-核心)
- 全新 Crestmont (E-核心)
- H/P 系列最多 14 個核心 (6+8)、U 系列最多 12 個核心 (4+8)
- Intel 4 製程節點用於 CPU，台積電用於 tGPU
- Intel Xe-MTL GPU 具有最多 128 個 EU
- 支援最高 LPDDR5X-7467 和 DDR5-5200
- 支援最高 96GB DDR5 和 64GB LPDDR5X 容量
- Intel VPU 用於 AI 推論，具有 Atom 核心
- x8 Gen 5 線路用於獨立 GPU (僅 H 系列)
- 支援三個 x4 M.2 Gen 4 SSD
- 四個 Thunderbolt 4 接口
另外，新一代 Meteor Lake 架構處理器僅會在筆電平台上推出，並不會推出桌面處理器版本，儘管 Meteor Lake 是採用新的 Core Ultra 形式命名，但桌面版的處理器仍是以 Intel 14 代作為延續。
而新的 Core Ultra 命名形式則是會以 Meteor Lake 作為第一代，後續將會在其他筆電和桌上型處理器上採用。所以，新的晶片將不再使用傳統的 Core i3、Core i5、Core i7 和 Core i9 的品牌，而是改為 Core 3、Core 5、Core 7 和 Core 9。這些變化將反映在品牌字串、文本和產品徽章上。
- 舊命名方案：Core i3、Core i5、Core i7、Core i9
- 新命名方案：Core 3、Core 5、Core 7、Core 9
Intel Meteor Lake 處理器晶片堆疊設計
在 Meteor Lake 處理器上，Intel 採用全新晶片佈局，包括不同的功能模組或晶片，它們有各自不同的 IP。在大多數 Meteor Lake 處理器上會發現一共有四個模組，包括 CPU、GPU、SOC 和 IOE。這四個模組都使用內部和外部的製造流程，代表有些模組是由 Intel 自己製造，而其他的則是由第三方廠商如台積電製造。
主要的 CPU 模組將使用 Intel 4（7nm EUV）製程節點，而 SOC 模組和 IOE 模組則將採用台積電的 6nm 製程節點 (N6)。tGPU 也是 Meteor Lake 處理器的重要組成部分，它是 iGPU (Tiled-GPU) 的新名稱，並使用台積電的 5nm 製程節點。簡單總結一下：
- Compute Tile 計算模組：Intel 4 (7nm EUV)
- Graphics Tile 圖形模組：台積電 5nm
- SOC 模組：台積電 6nm
- IO 模組：台積電 6nm
其中的計算模組可以在不同的核心數、核心代數、節點和快取之間進行完全擴展。Intel 不僅可以在其 Foveros 3D 封裝處理器中混合和匹配不同的核心架構，還可以向上或向下擴展到不同的節點。而圖形模組也可以在核心數、節點和快取方面進行擴展。
SOC 模組也可以根據 SKU 的不同而向上或向下擴展，此處主要是低功耗 IP (指 VPU)、SRAM、IO 和可擴展的電壓設計。最後一個模組是 I/O 擴展器，或簡稱 IOE，該模組在通道數、頻寬、協議和速度方面都可以完全擴展。
這些圖表雖然只是用於說明目的，但它們顯示一個 tGPU 區塊從 4 個 Xe 核心 (64 EUs) 擴展到 12 個 Xe 核心 (192 EUs) 的特點。此外，根據同一張圖片中的晶片拍攝，可以看到 8 個 Xe 核心 (128 EUs)，這 8 個 Xe 核心包括前述的 128 個向量引擎、2 個幾何管線、8 個採樣器、4 個像素後端和 8 個光線追蹤單元。每個 Xe 核心都包含 16 個 256 位元的向量引擎和 192 KB 的共享 L1 快取。
介紹完各個模組之後，就到了封裝階段，為此，Intel 展示了 CPU 晶片是如何排列在一起的。最上層有一個背面金屬化層，也是 Foveros 被動晶片所在的地方，而其下層則是剛剛討論過的模組，這些模組使用 36um 間距 (晶片對晶片) 的互連連接到基礎模組。基礎模組具有大電容，並具有用於 IO/電源傳遞和 D2D 路由的金屬層。
Intel 還提供基礎模組金屬層的特寫，其中包含 3D 電容和晶片對晶片的電源傳遞以及封裝 I/O 路由。每個金屬層都是模組化的，具有用於邏輯和記憶體的主動矽。頂部和底部有封裝凸塊，用於與頂部和底部層互連。
這裡顯示的配置也是針對移動平台的晶片，具有 6+8 (6 P-Core + 8 E-Core) 的佈局，可以注意到 CPU / IOE 模組和圖形模組之間有兩個 D2D (晶片對晶片) 連接，導入 SOC 模組。這是 Foveros 3D 封裝的一部分，Intel 表示在主要的晶片上方有一個被動的互連器，它是基於 Intel 自己的 22nm (FFL) 製程，這個互連器目前沒有任何作用，但該公司計劃未來使用更先進的封裝技術以便在其中使用主動晶片。Intel Meteor Lake 處理器不使用 EMIB 技術。
Meteor Lake 在新的 Intel 4 製程技術和優化的幫助下，能夠達到比前一代 Alder Lake CPU 更高的最大渦輪功率，Intel 展示了一個老派的比較，顯示 Meteor Lake CPU 在 I/O 能力方面相比 Haswell CPU 有多大的進步。Intel 也提到價格問題，指出隨著新一代晶圓價格的上漲，開發單晶片設計的成本也會增加。
Intel 筆電處理器系列比較
| CPU家族 | Lunar Lake | Arrow Lake | Meteor Lake | Raptor Lake | Alder Lake |
|---|---|---|---|---|---|
| 處理器製程（CPU 磚） | Intel 18A? | Intel 20A ‘5nm EUV’ | Intel 4 ‘7nm EUV’ | Intel 7 ’10nm ESF’ | Intel 7 ’10nm ESF’ |
| 處理器製程（GPU 磚） | TSMC 3nm? | TSMC 3nm | TSMC 5nm | Intel 7 ’10nm ESF’ | Intel 7 ’10nm ESF’ |
| CPU 架構 | 混合 | 混合（四核心） | 混合（三核心） | 混合（雙核心） | 混合（雙核心） |
| P-Core 架構 | 待定 | Lion Cove | Redwood Cove | Raptor Cove | Golden Cove |
| E-Core 架構 | 待定 | Skymont | Crestmont | Gracemont | Gracemont |
| 最高配置 | 待定 | 待定 | 6+8（H系列） | 6+8（H系列）8+16（HX系列） | 6+8（H系列）8+8（HX系列） |
| 最大核心/執行緒數 | 待定 | 待定 | 14 / 20 | 14 / 20 | 14 / 20 |
| 計劃陣容 | U系列？ | H / P / U 系列 | H / P / U 系列 | H / P / U 系列 | H / P / U 系列 |
| GPU 架構 | Xe2-LPG（Battlemage） | Xe-LPG（Alchemist） | Xe-LPG（Alchemist） | Iris Xe（第12代） | Iris Xe（第12代） |
| GPU 執行單元 | 64 個執行單元 | 192 個執行單元 | 128 個執行單元（1024 核心） | 96 個執行單元（768 核心） | 96 個執行單元（768 核心） |
| 記憶體支援 | 待定 | 待定 | DDR5-5600 LPDDR5-7400 LPDDR5X-7400+ | DDR5-5200 LPDDR5-5200 LPDDR5-6400 | DDR5-4800 LPDDR5-5200 LPDDR5X-4267 |
| 最大記憶體容量 | 待定 | 待定 | 96GB | 64GB | 64GB |
| Thunderbolt 4 | 待定 | 待定 | 4 個 | 4 個 | 4 個 |
| WiF | 待定 | 待定 | WiFi 6E | WiFi 6E | WiFi 6E |
| TDP | 待定 | 待定 | 7W-45W | 15-55W | 15-55W |
| 發布時間 | ~2025 年 | 2024 年下半年 | 2023 年下半年 | 2023 年上半年 | 2022 年上半年 |
最新最強的 CPU / GPU 核心
從前文我們已經提到，Intel Meteor Lake 的計算模組再次採用混合架構的佈局，P-Core 使用全新的 Redwood Cove 架構，E-Core 則是 Crestmont。與以往一樣，每個 Redwood Cove 核心都將支援 SMT，而 Crestmont 核心則不支援 SMT，這是 E-Core 的常見現象。在 IPC 提升方面，Intel 4 製程節點本身應能帶來 20% 的功耗比提升。
所以談到核心本身，P-Core 是針對高效能而設計的，通過提高整體晶片效率、增加每核頻寬、改進性能監測單元，以及通過 Intel 的 Thread Director 改進反饋。每個 P-Core 都有 2MB ML 快取、64KB I-Cache 和 48KB Data Cache。
E-Core 部分 Intel 表示對比前一代 E-Core（Gracemont）相比有顯著的提升，包括 IPC、AI 加速、增強分支預測和通過最新版本的 Intel Thread Director 改進反饋。E-Core 最多有 4MB L2 快取、32KB Data Cache（帶 ECC）和 64KB 的 I-Cache。
SoC 模組中還有一個低功耗版本的相同架構 E-Core 核心，主要用於實現最大效率，而標準 E-Core 則提供高效多執行緒性能。
Intel 也更新了其 Thread Director 技術，它可以幫助為任何特定工作負載分配最佳核心。Meteor Lake 將通過 Thread Director 以及 Windows 中的 OS 特定優化來實現調度改進。
網友 @Locuza_ 早前提供了一個 Meteor Lake 處理器 die 的解剖照（上圖），裏頭可見 Meteor Lake 有 2 個 P-Core 和 2 個 E-Core 集群，共 8 個 E-Core。每個 P-Core 都有 3MB L3 快取，而每個 E-Core 集群也有 3MB L3 快取。至於 L2 快取，Redwood Cove 架構似乎有 2MB，先前的 Gold Cove 架構則有 1.25MB，而每個 Cresmont 架構集群似乎有 3MB L2 快取。
在 GPU 方面，Intel 將利用其 Arc Alchemist 圖形架構 Xe-LPG 版本，這個晶片將在 圖形模組中搭載 128 個EU，並使用 TSMC 的 5nm 製程節點。據報導，其 iGPU 內顯可以達到 2.2GHz 時脈速度，這與 Alchemist 桌上型版本在更高 TDP 下能夠達到的速度相當，應該能讓 FP32 計算性能達到 4.5TFLOPs，相比於 Raptor Lake-H 處理器上的 Iris Xe 96 EU 圖形，能帶來 2.25 倍計算能力提升。
由於 AMD 的 RDNA GPU 有不同的架構，並且以不同的方式計算 FP32 TFLOPs，所以無法與之進行比較，但先前有製造商指出 Intel 內顯效能逼近 RTX 3050，看起來 Intel 可能會在與 AMD 的 Radeon 700M iGPU 競爭上取得領先優勢。
此外，在 Meteor Lake 上搭載 Alchemist 架構也意味著將支援 DirectX 12 Ultimate 和 XeSS 等一系列功能，這些功能到目前為止只限於 Intel 桌上型 Arc 顯示卡陣容。當然，也別忘了傳聞中備受期待的Adamantine 快取也是一大看點，據說它將出現在一些 Meteor Lake SKU 上，最高可達 128MB 容量，這個快取對於通常缺乏頻寬的內顯來說是一個重大的提升。由於 Adamantine L4 快取也能被計算模組使用，因此可以帶來更快的啟動時間和相比於將數據移動到主 DRAM 而言更低的延遲。
Intel 還展示了 Xe-LPG 圖形 IP 各個部分性能提升的分解，大多數部分如頂點處理、三角形繪製、像素混合和計算都提升了 2.1~2.6 倍，但深度測試速率相比 Raptor Lake 提升了 6.6 倍。此外，由於有硬體加速光線追蹤支援，這部分也能得到 2.64 倍的提升。Intel 一直在努力加強其驅動程式和軟體生態系統，所有這些努力都將滾動到 Meteor Lake 上的 Xe-LPG。
Intel Meteor Lake SKU 配置
Intel 將在三個主要領域提供多樣化的 SKU 組合，包括範圍為 7~15W 的 Meteor Lake-U、28W 的 Meteor Lake-P，以及 45W 的 Meteor Lake-H。
Intel Meteor Lake-U 系列將具備最多樣化的配置範圍，包括以下內容：
- MTL-U 12 核 – 4P+8E (7/8 Xe iGPU) @15W
- MTL-U 10 核 – 2P+8E (4 Xe iGPU) @15W
- MTL-U 6 核 – 2P+4E (3 Xe iGPU) @15W
- MTL-U 10 核 – 2P+8E (4 Xe iGPU) @9W
- MTL-U 10 核 – 2P+8E (4 Xe iGPU) @9W
- MTL-U 6 核 – 2P+4E (3 Xe iGPU) @9W
- MTL-U 9 核 – 1P+8E (4 Xe iGPU) @7W
- MTL-U 9 核 – 1P+8E (4 Xe iGPU) @7W
- MTL-U 5 核 – 1P+4E (4 Xe iGPU) @7W
Meteor Lake-P 系列部分將有三種配置，從頂級的 14 核開始，然後降到 12 和 10 核：
- MTL-P 14核 – 6P+8E (8 Xe iGPU) @28W
- MTL-P 12核 – 4P+8E (8 Xe iGPU) @28W
- MTL-P 10核 – 2P+8E (4/7 Xe iGPU) @28W
頂級的 Intel Meteor Lake-H 系列也有三種配置，每種都有 8 個 Xe iGPU 核心：
- MTL-H 14核 – 6P+8E (8 Xe iGPU) @45W
- MTL-H 14核 – 6P+8E (8 Xe iGPU) @45W
- MTL-H 12核 – 4P+8E (8 Xe iGPU) @45W
而實際上來說，我們目前已經看到 7 款 SKU 資訊曝光，它們都是 MTL-H 系列的一部分，擁有 14 和 12 核心的配置。
Intel Core Ultra 9 185H 似乎是目前看到最快的 SKU，擁有 14+2 核心，20+2 執行緒，24MB L3快取，以及最高 5.1GHz 的加速時脈。談到時脈，Meteor Lake 作為 Intel 4 製程節點的第一代產品，與經過優化的 Intel 7 製程節點相比，勢必會有一些數字下降。
但話又說回來，Intel 最快的第 12 代 Core i9-12900HK 處理器在推出時也只能達到 5.0GHz，而它的後繼者則將時脈提高了額外 400MHz（Core i9-13900HK）。所以 5.1GHz 以及更高的時脈對於 Intel 4 來說是一個很好的開始，隨著製程技術和 Intel EUV 實現的改進，未來數字只會越來越好。
- Intel 10 – Core i9-11980HK – 5.0 GHz（最高時脈）
- Intel 7 – Core i9-12900HK – 5.0 GHz（最高時脈）
- Intel 7 – Core i9-13900HK – 5.4 GHz（最高時脈）
- Intel 4 – Core Ultra 9 185H – 5.1 GHz（最高時脈）
其餘 SKU 及其相關規格如下表所示（請注意，這些規格在 Intel 正式公佈之前都不是最終的）。
| CPU 名稱 | 處理器節點 | 核心配置 | 執行緒 (總數) | 基本 / 加速時脈 | L3 快取 | TDP |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Intel Core Ultra 9 185H | Intel 4 | 6+8+2 (16) | 22 | 3.8GHz / 5.1GHz | 24MB | 15~28W |
| Intel Core Ultra 7 165H | Intel 4 | 6+8+2 (16) | 22 | 3.8GHz / 5.0GHz | 24MB | 15~28W |
| Intel Core Ultra 7 155H | Intel 4 | 6+8+2 (16) | 22 | 3.8GHz / 4.8GHz | 24MB | 15~28W |
| Intel Core Ultra 5 125H | Intel 4 | 4+8+2 (14) | 18 | 3.6GHz / 4.5GHz | 20MB | 15~28W |
| Intel Core Ultra 7 1003H | Intel 4 | 6+8+2 (16) | 22 | 3.1GHz / 4.2GHz (ES) | 24MB | 15~28W |
| Intel Core Ultra 7 1002H | Intel 4 | 6+8+2 (16) | 22 | 3.0GHz (ES) / TBD | 24MB | 15~28W |
| Intel Core Ultra 5 1003H | Intel 4 | 4+8+2 (14) | 18 | TBD | 20MB | 15~28W |
Intel Meteor Lake 性能預期
目前當然還沒有任何正式的數字能實際測試判斷，但預期 Meteor Lake 處理器在增加了新核心後，性能會有不錯的提升。早前已經看到過一些曝光，其中這些晶片比現有的 Raptor Lake 處理器略快一些，而這些也都還是早期的工程樣品。一旦最終的 CPU 和 GPU 性能數字開始出現，將看到更大的提升。效率也將是 Meteor Lake 處理器的一個重要優勢，因為它們是圍繞筆電平台設計的。
以下是最近洩漏出來的 Core Ultra 7 155H 和 Core Ultra 5 125H 基準測試結果，在多執行緒性能測試中，前者超過 Core i9-13900H，後者則是已超過 Core i7-13700H。
Intel Meteor Lake 正式推出時間
Intel 已經確認，Meteor Lake 的第一代 Core Ultra 家族正式發布將在 12 月 14 日。屆時，這些晶片將在各式筆電廠商新品中登場，可以期待在同一時間看到規格、基準測試、各種產品等等。
而從價格方面來看，畢竟是新品，而且又用上了新的製程技術，外在條件下現在使用先進技術製造晶片不僅更困難，而且也更昂貴，所以首批筆電勢必是會比較貴的，但如果整體效能和能效方面都能有不錯提升的話，下半年到明年初期間想購入新筆電或許會是個不錯的時間點。
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